浅析医学影像的应用以肺癌筛检为例

    1998年全球肺癌年发病人数达10517万人，年死亡人数高达9211万人。同年我国肺癌年发病人数为2219万，年死亡人数为21万。由于多数临床确诊已属癌症中晚期，有近80%的肺癌患者在确诊年内死亡。该病全球5年平均存活率不足11%,我国仅为8%左右。流行病学分析表明，早期手术切除肿瘤是唯一最有效的治疗方法，发现越早则治疗后生存时间越长。因此，如何在可治愈阶段早期发现癌变一直是肺癌筛检研究的重点。随着医学影像诊断技术发展，出现了CT、MRI、放射性核素显像等多种新型影像技术，为临床早期确诊肺癌提供了更直接，快捷，准确的方法，大大提高了早期肺癌的诊断率。
   
    一、X线诊断可对肺癌作出初步诊断
   
    X线透视和胸片筛检肺部病变目前是临床上最常用的胸部影像检查手段。胸部X线照片简便、经济、易行，适用于大人群的普查和筛选。其对肺癌的发生部位、癌块大小、形态，尤其是对中央型肺癌和周围型肺癌并发阻塞性肺不张患者可作出明确诊断。但也存在以下不足：（1）胸部其它组织器官重叠遮挡；（2）胶片致密度低，对比度不够敏感；（3）肿瘤所致气管狭窄和肺不张后肺组织遮盖肿瘤阴影而发生漏诊；（4）早期肺癌体积小，多呈浸润性生长，肿块实体密度较低和不均匀，与周围肺组织没有明确界限，故在X线片上往往显示不清；（5）摄片技术的变异和阅片水平的高低等因素影响等，从而使该方法对早期肺癌漏诊率高达30%,而临床？期肺癌检出率仅为29%.
   
    二、胸部CT影像提供了更准确的肺癌早期诊断信息
   
    胸部CT对癌肿块密度分辨率高于胸部X线10~20倍，并且CT影像可提供无影像重叠肺组织横断面图像，因此胸部CT可发现X线检查遗漏的隐蔽部位肺癌和癌块直径小于2cm的小癌灶。临床实践证明，在肺癌的发展、定性、定位和肿瘤分期等方面，CT均是X线诊断技术的重要补充。特别是高分辨CT（high-resolutionCT,HRCT）和螺旋CT（spiralCT,SCT）。
   
    HRCT采用横断扫描对肿瘤大小、病变累及部位及范围做出正确判断，特别是对于肺尖、心后缘、脊柱旁、食管窝等隐匿部位病灶的显示较X线检查具有无可比拟的优点。X线几乎不能分辨胸腔内软组织，其检出肿瘤平均直径也仅为2613mm.HRCT筛检可准确显示直径在5mm的早期肺癌，临床上HRCT筛检包括标准剂量CT和低剂量CT.
   
    Rusinek等利用120kV、200mAs、10mm层厚、10mm间距标准剂量CT及120kV、20mAs、10mm层厚、10mm间距低剂量CT对864例肺癌病例进行研究，发现标准剂量CT组272例中，检出敏感性为63%,对3、5和7mm结节检出的敏感性分别为44%、63%和82%.低剂量CT组432例，检出敏感性为60%,对3、5和7mm结节检出敏感性分别为37%、62%和80%,两者差异无统计学意义。由于低剂量CT对病人辐射损伤小，更易被临床医生和病人所接受。
   
    同样，常规CT筛检也存在假阴性和假阳性的问题，其原因包括：（1）技术原因，包括部分容积效应、心脏和呼吸伪影、扫描间隔过大等因素。（2）人为因素，主要是观察者识别和分析水平的差异。常规CT扫描的层厚一般为10mm,若小于10mm的肿瘤，势必因容积效应难以准确收集病变信息。
   
    研究表明，CT对显示肺癌肺门及纵隔淋巴结转移的敏感性为69%,准确性57%.由于转移淋巴节在形态学上缺乏特征性改变，因而具有一定的局限性和不确定性。采用薄层CT扫描技术可解决此类问题。1~2mm层厚可显着降低容积效应的影响。在引导肺穿细胞学活检方面，由于该技术局部解剖结构清晰，定位准确，能有效避免局部误伤，大大提高了肺癌细胞活检的准确性和成功率。
   
    1990年Naidich等提出胸部SCT的概念。该技术在一次屏气内（15~20s）完成全肺扫描，包括快速连续数据采集，1~10mm层厚回顾重建，消除呼吸运动伪影，减少心脏搏动对邻近结构的影响，有利于发现小病灶。就检出率而言，SCT明显高于常规CT,具有更高敏感性和特异性，其优点是可以对外周型肺癌在发生转移前进行诊断，同时减低CT辐射对病人的损伤。Tskeshi等应用50、40、30、20和10mAs进行全肺扫描分析发现，50、40和30mAs对肺扫描图像无明显差异，但10mAs与50、40、30和20mAs比较差异有统计学意义，故20mAs可作为低剂量SCT筛查肺癌的条件。与X线肺癌筛检确诊率比较，低剂量SCT检出肺非钙化结节为胸片的3倍（23%:7%）；肺癌为4倍（217%:017%）；I期肺癌为6倍（213%:014%）。而在SCT检出的肺癌中96%可以手术切除。常用降低SCT辐射剂量的方法包括：（1）降低mAs.常规CT检查一般在80~300mAs,而低剂量CT10~50mAs足以获得清晰的胸部图像。（2）增加进床速度。Pitch值增加可减少患者胸部曝光时间，降低辐射剂量。（3）降低球管电压也能减少病人辐射受照剂量。
   
    三、磁共振（MRI）增强扫描对早期肺癌诊断的应用价值
   
    MRI高磁场超导系统、低磁场开放系统、快速成像和气体成像（3He、129Xe）已成为肺部MRI成像的重要条件。该方法具有在任意方向上多切片、多参数和多核素成像、空间三维数据采集以及结构和功能成像等优点，为临床肺癌早期诊断、癌瘤分期及治疗愈后评价等提供更多、更准确的诊断信息。由于增强MRI提高了图像信噪比和对比噪声比，对肺门肿块、肺尖肿瘤浸润、纵隔心包肿瘤淋巴转移以及肿瘤周围大血管等情况，MRI比CT在肿瘤发展阶段和弥散程度可提供更多信息。Guckel等发现，恶性肿瘤信号强度P时间平均值为18.12%SIPs,变化范围在61.7%~95.12%SIPs之间，良性结节其平均值为21.3%SIPs,变化范围在0.11%~8.11%SIPs,恶性肿瘤与良性结节在MRI强化模式差异有统计学意义。增强MRI在判断肿瘤纵隔淋巴转移方面的最大价值是提高肺血管和被肿瘤累及血管的显示程度，较好显示肿瘤与肺血管之间的空间关系。Crisci等应用增强MRI对肺癌纵隔淋巴结转移研究发现，平扫MRI诊断肺癌纵隔淋巴转移敏感度、特异性和精确度分别为62%、100%和74%,而增强MRI则分别为100%、91%和97%,他们认为增强MRI较平扫MRI更精确。对于鉴别原发癌灶与继发性改变，如区别肿瘤与支气管阻塞性病变，增强MRI对阻塞性肺病变的信号强度明显高于肿瘤，可将85%的肺门肿块与阻塞性肺病变区分开，如果采用动态延迟扫描可提高至89%.
   
    目前增强MRI已广泛用于评估肺癌经各种治疗后的变化。在判断肺癌化学栓塞疗效方面，动态增强MRI较其它方法有更大的价值。Hunter对肺癌病人放P化疗前后肿瘤组织与糖代谢关系定量测定发现：增强MRI对活体癌组织强化明显，而坏死或纤维化组织则无强化或仅表现为轻度强化，因而易于临床发现复发或残留癌组织。增强MRI与增强CT在肺癌诊断中比较，后者是通过病变增强程度或CT值变化来区分良P恶性肿瘤和肿瘤血供情况，但特异性低于前者。
   
    增强MRI以其多层面、多序列成像和信号强化特征比CT更能准确反映肺癌特征，特别对胸壁和纵隔浸润程度，增强MRI比增强CT更优越。
   
    四、放射性核素显像
   
    计算机断层（ECT）对肺肿瘤早期诊断，良恶性肿瘤鉴别，疗效观察和肿瘤复发提供更精确的信息ECT包括正电子发射计算机断层（positron emission tomography,PET）和单光子发射计算机断层显像（single photon emission computed tomography,SPECT）。该技术综合利用核医学示踪和CT图像重建原理，兼二者之长，既具备形象化显示活体生理和代谢功能，又有高分辨率、立体探测和断层显示特点。临床上常用肺癌诊断核素显像方法有肺灌注显像、肺通气显像、肺肿瘤阳性显像及放射免疫成像。67Ga肿瘤显像对早期肺癌诊断价值较大，其阳性率在85%~90%以上。同时67Ga肿瘤显像亦可提示肺癌有无淋巴转移和癌瘤分期。
   
    210Tl、99mTc、57Co-BLM、111In-BLM、111Zn-CEA和99mTc-MIBI亦见于用于肺部肿瘤诊断。PET对肿瘤组织的分辨率明显高于SPECT,可达到mm级。资料表明，SPECT比CT提前3个月做出癌症诊断，而PET比SPECT还要早3个月。核素显像是依据放射性核素在人体内分布强度体现的。根据核素强度分布及随时间变化规律，可揭示特定组织，如肿瘤或脏器内生物基因对核素特异性吸收的组织生化改变及代谢规律，准确反映肿瘤异常灌注和代谢、蛋白质合成、DNA变异复制、受体分布情况以及抗癌药物动力学变化等。鉴于恶性肿瘤具有无氧糖酵解加速、变异DNA合成增加、胸腺嘧啶脱氧核苷酸聚集增加和氨基酸穿过肿瘤转移速率增加等特点，测定瘤组织对18F-FDG、18F-UdR或11C-MET的摄取、酵解有助于确定肿瘤恶性程度，并对肿瘤累及范围、治疗效果和预后做出评价，而CT和MRI则不可能对这些改变进行测定。
   
    ECT优点是特异性好，可将代谢、功能和分子成像合为一体，利于发现微小癌结节和淋巴转移；缺点是空间分辨率差，病理和周围组织的相互关系很难定位。Townsend等1999年首先报道采用PET与高空间分辨率的螺旋CT结合，依次扫描获得PET、CT两者融合图像。CT提供的解剖信息能够准确与PET功能图像匹配，弥补了PET空间分辨不足。同时为PET代谢图像提供一种快速精确的衰减效正方法。
   
    ECT显示癌灶亦有独特价值。Marom等报道185例病人192个病理证实的肺癌病灶中有183个（95%）直径0.15~3cm（平均直径113cm）的病灶表现为低FDG摄取，这些病灶多为较小的肿瘤、类癌或小支气管肺泡癌。他们认为支气管肺泡癌在PET中表现的低代谢是由于它呈现弥漫性生长，组织密度相对较低，而这一病理学特征在CT上则表现为特征性的“毛玻璃样改变”.18F-FDG标记物在良恶性肿块诊断中一般采用目视定性和定量方法。其中标准摄取值（StandardizedUptakeValue,SUV）是临床上应用最广泛的一种半定量方法。目前普遍接受SUV等于215作为良P恶性肿瘤的分界点。同时Gupta等观察的103例患者，PET探测纵隔淋巴结转移的灵敏度和特异性分别为93%和94%,而CT仅为63%和60%,在CT遗漏的18个转移淋巴结中，PET显示15个为阳性，CT发现增大淋巴结而PET排除转移的26个淋巴结经病理证实确均为阴性。Romam等报道32例淋巴结分期病例中，组织学证实9例有淋巴结转移，PET正确识别8例，其中3例转移淋巴结短经<1cm.
   
    SUV在一定程度上反映了肿瘤组织中葡萄糖代谢水平，即肿瘤组织生长、增殖状态和代谢程度。由于肺癌治疗后瘤细胞生理活性受到抑制，首先表现为功能障碍、癌细胞代谢降低。FDG影像能显示这一现象，而CT和MRI则很难反映肿瘤结构变化过程，在探察肿瘤放P化疗后肿瘤周围组织水肿、组织纤维化和坏死等方面ECT具有独特的诊断价值。
   
    X线作为肺癌诊断的基本手段可直接对肺癌病变部位、肿瘤大小形态作出诊断，是肺癌在人群筛选的首选方法，胸部CT、HRCT、SCT是X线诊断有价值的补充，能弥补X线诊断不能显示的癌灶，可对肺癌定性诊断。MRI能避免CT的部分容积效应，在早期肺癌的定性和定位诊断上优于CT.
   
    随着人们对各类肺癌筛检技术的发展，核素影像诊断技术已成为肺癌流行病学筛检、早期胸部肿瘤诊断、肺癌分期以及疗效预后评估不可替代的手段。推广该项技术在早期肺癌筛检和诊断中应用将大大提高肺癌的正确诊断率和治愈率。